CN103078638A

CN103078638A - 噪声缓冲电路以及含有该电路的过采样模数转换器

Info

Publication number: CN103078638A
Application number: CN2012105839803A
Authority: CN
Inventors: 袁文师; 王祥莉
Original assignee: Shanghai Beiling Co Ltd
Current assignee: Shanghai Beiling Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-05-01

Abstract

本发明公开了一种噪声缓冲电路以及含有该电路的过采样模数转换器。该噪声缓冲电路包括一个缓冲输入端和一个缓冲输出端，该缓冲输入端接入输入信号，该缓冲输出端将输出信号输送给该过采样模数转换器的第一运算放大级，并且，该噪声缓冲电路进一步包括：第一缓冲放大级；第二缓冲放大级；其中，该第一缓冲放大级设置有分别用于调制的第一调制开关以及用于调制和解调的第二调制开关。该噪声缓冲电路可实现低噪声放大和低温漂增益放大，降低过采样模数转换器的整体噪声。

Description

噪声缓冲电路以及含有该电路的过采样模数转换器

技术领域

本发明涉及模数转换器，更具体地，是一种用于过采样模数转换器的噪声缓冲电路以及含有该噪声整形电路的过采样模数转换器。

背景技术

当前，在模拟集成电路和模数混合集成电路中，过采样噪声整形模数转换器广泛应用于通信设备的前端和音频信号的转换等，并且是通信、视频、音频信号处理中的必需的电路技术。通常，过采样模数转换器包括多个运算放大级，并通过例如高阶循环等手段来进行过采样模数转换处理。

如图1所示，是一种常规的过采样模数转换器的原理示意图，该过采样模数转换器1包括第一运算放大级10、第二运算放大级20和第三运算放大级30。其中各放大级均连接有反馈电路（图未示处），以提供负反馈。

但是，在过采样模数转换器中，会产生固定的噪声。由于在高精度、低频率的应用中，对噪声要求尤其高，因此，如何降低过采样模数转换器中的噪声，是业界一直致力于解决的问题。由于在过采样模数转换器中，噪声来源主要是第一运算放大级内的运算放大器、开关、电容等。因此，现有的消除噪声的手段一般是对第一运算放大级进行噪声失调处理。例如在第一级运算放大器内采用双采样关联噪声消除、电容存储失调消除、调制解调消除等手段，来进行噪声整形。

如图2、3所示，是利用调制解调技术对过采样模数转换器进行噪声消除的示意图。在现有技术中，是对过采样模数转换器的第一运算放大级10内的运算放大器11加入调制方案，具体地，分别在运算放大器11的输入和输出端设置调制开关12、13，以进行调制解调处理。其中，调制开关12用于调制处理，调制开关13用于调制及解调处理。调制开关12、13利用常规的调制解调器件构成，通常是由MOS管构建的。

然而，由于噪声整形技术原理，使得在对过采样模数转换器的第一运算放大级的调制中，会将噪声再次返折到低频，从而导致了低频噪声的消除效果不佳，同时，采用该种手段，还会产生新的调制频率谐波。

发明内容

本发明的目的，在于解决现有的过采样模数转换器在降噪处理中的上述问题，从而提供了一种创新的噪声缓冲电路以及包括该电路的过采样模数转换器。

本发明的噪声缓冲电路，用于降低过采样模数转换器在工作状态时的噪声，该噪声缓冲电路包括一个缓冲输入端和一个缓冲输出端，该缓冲输入端接入输入信号，该缓冲输出端将输出信号输送给该过采样模数转换器的第一运算放大级，并且，该噪声缓冲电路进一步包括：

第一缓冲放大级，该第一缓冲放大级用于对该输入信号进行第一级增益控制；

第二缓冲放大级，该第二缓冲放大级与第一缓冲放大级相连接，用于对该输入信号进行第二级增益控制；

正反馈电阻网络，该正反馈电阻网络用于为该噪声缓冲电路提供正反馈；

负反馈电阻网络，该负反馈电阻网络用于为该噪声缓冲电路提供负反馈；

其中，该第一缓冲放大级设置有分别用于调制的第一调制开关以及用于调制和解调的第二调制开关。

优选地，该第一缓冲放大级包括第一运算放大器，并且，该第一运算放大器的输入端和该第一调制开关相连接，该第一运算放大器的输出端和该第二调制开关相连接。

优选地，该输入信号包括正相输入信号和反相输入信号；

该正反馈电阻网络包括一个第一电阻网络输入端子、一个第一电阻网络输出端子、以及一个第一电阻网络反馈端子，其中，该第一电阻网络输入端子接入该正相输入信号，该第一电阻网络输出端子和该第二缓冲放大级的正相输出端相连接，该第一电阻网络反馈端子通过该第一调制开关和该第一运算放大器的输入端中的正相输入端相连接；

该负反馈电阻网络包括一个第二电阻网络输入端子、一个第二电阻网络输出端子、以及一个第二电阻网络反馈端子，其中，该第二电阻网络输入端子接入该反相输入信号，该第二电阻网络输出端子和该第二缓冲放大级的反相输出端相连接，该第二电阻网络反馈端子通过该第一调制开关和该第一运算放大器的输入端中的反相输入端相连接。

优选地，所述第二缓冲放大级的正相输出端和反相输出端之间依次连接有一个第一输出电阻、一个输出电容、以及一个第二输出电阻，并且由该输出电容的两端输出所述输出信号。

优选地，所述正反馈电阻网络以及所述负反馈网络内的各个电阻为温度补偿电阻。

优选地，所述正反馈电阻网络以及所述负反馈网络内的各个电阻由正温度系数电阻和负温度系数电阻组成。

本发明的过采样模数转换器，包括第一运算放大级以及设置在该第一运算放大级输出端的至少一个后续运算放大级，该第一运算放大级前置连接有如上所述的噪声缓冲电路。

本发明的噪声缓冲电路可作为前置级设置于常规的过采样模数转换器，从而将输送给该常规过采样模数转换器的输入信号进行降噪处理，使输入信号变为低噪声信号，并且避免了常规的过采样模数转换器噪声处理中所出现的噪声折回现象，因此实现了低噪声放大，并且，噪声缓冲电路内的电阻网络可选用零温度系数的电阻组成，从而实现了低温漂增益放大，因此尤其适用于在很多低频低噪声要求的环境应用。

附图说明

图1为现有的过采样模数转换器的示意图；

图2为现有的对过采样模数转换器进行噪声整形的示意图；

图3为图2中电路结构的更具体的实施示意图；

图4为本发明的噪声缓冲电路的原理示意图；

图5为本发明的噪声缓冲电路在一个实施方式中的电路示意图；

图6为本发明的噪声缓冲电路中低温电阻的构成示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的噪声缓冲电路的结构组成和工作原理进行详细说明。

总体而言，本发明的噪声缓冲电路，可作为现有的过采样模数转换器的前置级，用于提高噪声消除效果，以更好地实现噪声整形。在该噪声缓冲电路中，包括两个缓冲放大级，本发明通过在第一缓冲放大级前后分别设置调制开关，从而达到在信号输入给过采样模数转换器之前消除噪声的目的。这与现有的在过采样模数转换器内添加调制开关相比，防止了调制过程中噪声再次折回到低频。

另一方面，也可将该本发明的噪声缓冲电路和现有的过采样模数转换器相整合，从而形成一种新型的过采样模数转换器结构。

如图4所示，为100本发明的噪声缓冲电路的原理示意图，它用于降低过采样模数转换器1在工作状态时的噪声。结合附图，噪声缓冲电路100包括一个缓冲输入端IN和一个缓冲输出端OUT，缓冲输入端IN接入输入信号，缓冲输出端OUT将输出信号输送给该过采样模数转换器1的第一运算放大级10（参照图1）。特别地，在本发明中，噪声缓冲电路100进一步包括第一缓冲放大级110、第二缓冲放大级120、第一调制开关130和第二调制开关140。第一缓冲放大级110用于对该输入信号进行第一级增益控制。第一缓冲放大级110可以是常规运算放大器内的一个放大级。第二缓冲放大级120与第一缓冲放大级110相连接，用于对该输入信号进行第二级增益控制。第二缓冲放大级120可以是常规运算放大器内的一个放大级。在本发明的该实施方式中，第一缓冲放大级110和第二缓冲放大级120利用同一个运算放大器构成，其中，第一缓冲放大级110为该运算放大器的第一放大级，第二缓冲放大器120为该运算放大器的第二放大级。

特别地，在第一缓冲放大级110内，设置有分别用于调制的第一调制开关130以及用于调制和解调的第二调制开关140。第一调制开关130设置于第一缓冲放大级110的输入端，第二调制开关140设置于第一缓冲放大级110的输出端。常规地，第一调制开关130和第二调制开关140分别采用现有的开关调制器件构成。

参照图5，第一缓冲放大级110包括第一运算放大器A1，并且，第一运算放大器A1的输入端和第一调制开关130相连接，第一运算放大器A1的输出端和第二调制开关140相连接。而第二缓冲级120包括一个第二运算放大器A2。

在图5中，图4中的第一缓冲放大级A1内设置的第一调制开关为T1，第二调制开关为T2。为实现增益控制，该噪声缓冲电路两个反馈网络，即正反馈电阻网络150和负反馈电阻网络160。其中，正反馈电阻网络150用于为噪声缓冲电路100提供正反馈；负反馈电阻网络160用于为噪声缓冲电路100提供负反馈。

更具体地，继续参照图3，输入信号包括正相输入信号In_p和反相输入信号In_n。正反馈电阻网络150包括一个第一电阻网络输入端子151、一个第一电阻网络输出端子152、以及一个第一电阻网络反馈端子153，其中，第一电阻网络输入端子151接入正相输入信号In_p，第一电阻网络输出端子152和第二缓冲放大级A2的正相输出端相连接，第一电阻网络反馈端子153通过第一调制开关T1和第一运算放大器A1的输入端中的正相输入端相连接。

另一方面，负反馈电阻网络160包括一个第二电阻网络输入端子161、一个第二电阻网络输出端子162、以及一个第二电阻网络反馈端子163，其中，第二电阻网络输入端子161接入反相输入信号In_n，第二电阻网络输出端子162和第二缓冲放大级A2的反相输出端相连接，第二电阻网络反馈端子163通过第一调制开关T1和第一运算放大器A1的输入端中的反相输入端相连接。

常规地，正反馈电阻网络150和负反馈电阻网络160可由多个电阻构件，并可通过选择开关，以对增益水平进行配置。例如，在图5所示的实施方式中，正反馈电阻网络150包括互联的电阻R1、R3及R5，并在R3的两端通过开关K1、K2分别通过第一调制开关T1连接到第一缓冲放大级的正相输入端。同样地，负反馈电阻网络160包括互联的电阻R2、R4及R6，并在R4的两端通过开关K3、K4分别通过第一调制开关T1连接到第一缓冲放大级的反相输入端。

当然，容易理解，图5中的正反馈电阻网络150和负反馈电阻网络160也可采用其他合适的电阻网络配置方式，以噪声缓冲电路100的放大增益进行控制调节。

优选地，在本发明的优选的实施方式中，正反馈电阻网络150以及负反馈网络160内的各个电阻，即R1-R6为温度补偿电阻。参见图6，正反馈电阻网络以及负反馈网络内的各个电阻由正温度系数电阻和负温度系数电阻组成。采用正温度系数电阻和负温度系数电阻，可构成接近零温度系数的电阻网络，从而使得增益放大的调节和温度特性无关，这增加了系统的温度稳定性。

进一步地，第二缓冲放大级A2的正相输出端和反相输出端之间依次连接有一个第一输出电阻R7、一个输出电容C、以及一个第二输出电阻R8，并且由输出电容C的两端输出输出信号，该输出信号包括一个正相输出信号Out_n和一个反相输出信号Out_p。同样地，第一输出电阻R7和第二输出电阻R8也可分别由正温度系数电阻和负温度系数电阻构成。

将本发明的噪声缓冲电路和现有的过采样模数转换器相整合，可形成新型的过采样模数转换器电路结构。在该新型的过采样模数转换器中，常规地，包括第一运算放大级以及设置在该第一运算放大级输出端的至少一个后续运算放大级，并且特别地，该第一运算放大级前置连接有本发明的噪声缓冲电路，从而构成具有前置噪声缓冲电路的新型的过采样模数转换器。

综上所述，本发明的噪声缓冲电路可作为前置级设置于常规的过采样模数转换器，从而将输送给该常规过采样模数转换器的输入信号进行降噪处理，使输入信号变为低噪声信号，并且避免了常规的过采样模数转换器噪声处理中所出现的噪声折回现象，因此实现了低噪声放大，并且，噪声缓冲电路内的电阻网络可选用零温度系数的电阻组成，从而实现了低温漂增益放大，因此尤其适用于在很多低频低噪声要求的环境应用。

Claims

1.一种噪声缓冲电路，用于降低过采样模数转换器在工作状态时的噪声，其特征在于，该噪声缓冲电路包括一个缓冲输入端和一个缓冲输出端，该缓冲输入端接入输入信号，该缓冲输出端将输出信号输送给该过采样模数转换器的第一运算放大级，并且，该噪声缓冲电路进一步包括：

2.根据权利要求1所述的噪声缓冲电路，其特征在于，该第一缓冲放大级包括第一运算放大器，并且，该第一运算放大器的输入端和该第一调制开关相连接，该第一运算放大器的输出端和该第二调制开关相连接。

3.根据权利要求2所述的噪声缓冲电路，其特征在于，

该输入信号包括正相输入信号和反相输入信号；

4.根据权利要求1所述的噪声缓冲电路，其特征在于，所述第二缓冲放大级的正相输出端和反相输出端之间依次连接有一个第一输出电阻、一个输出电容、以及一个第二输出电阻，并且由该输出电容的两端输出所述输出信号。

5.根据权利要求1所述的噪声缓冲电路，其特征在于，所述正反馈电阻网络以及所述负反馈网络内的各个电阻为温度补偿电阻。

6.根据权利要求1所述的噪声缓冲电路，其特征在于，所述正反馈电阻网络以及所述负反馈网络内的各个电阻由正温度系数电阻和负温度系数电阻组成。

7.一种过采样模数转换器，包括第一运算放大级以及设置在该第一运算放大级输出端的至少一个后续运算放大级，其特征在于，该第一运算放大级前置连接有如权利要求1至6中任一项所述的噪声缓冲电路。